Ученые создали искусственную хромосому и подошли к разгадке жизни

Две мировые научные сенсации в одной новости

31 марта 2014 в 16:44, просмотров: 6137

Ученым впервые удалось создать полностью функциональную хромосому. Наука подошла к новому важному рубежу – созданию сложной искусственной жизни с заданными свойствами. Кроме того, участники проекта FANTON смогли построить карту регуляторных ДНК в человеческом геноме. Данное сообщение стало сразу мировой сенсацией, такой же, как когда-то открытие генома человека.

Ученые создали искусственную хромосому и подошли к разгадке жизни
Процесс сборки искусственной хромосомы проходил в три этапа. Самая сложная часть - сборка участков пар нуклеотидов. Ученые модифицировали лишь 2,5% из 12 млн пар нуклеотидов всех хромосом дрожжей, но даже этого достаточно для создания организма с совершенно новыми полезными способностями. Илл.: med.nyu.edu.

Первая искусственная хромосома

Ученые из нью-йоркского Медицинского центра Лангон синтезировали хромосому, которая успешно функционирует в дрожжах. Эта технология в перспективе позволит создавать различные микроорганизмы, запрограммированные производить, например, лекарства, топливо, сырье для продуктов питания и многое другое.

За последние 5 лет ученые создавали бактериальные хромосомы и вирусную ДНК, но это первый успешный опыт создания целой эукариотической хромосомы. Подобные хромосомы находятся во всех растительных и животных клетках. По мнению ученых, создание искусственной хромосомы является наиболее значительным достижением исследовании генов дрожжей с 1996 года, когда ученые расшифровали ДНК этого организма.

Первоначально ученые планировали полностью переделать третью хромосому дрожжей. Для этого автор исследования генетик Джеф Бок (Jef Boeke) из Университета Нью-Йорка хотел обратиться к коммерческим компаниям, чтобы они «сшили» кусочки ДНК, которые можно было бы собрать в искусственной хромосоме, рассказывает cnews.ru. Однако ученый понял, что эта работа займет слишком много времени. Поэтому Джеф Бок обратился к студентам-добровольцам, которые в итоге помогли собрать короткие фрагменты синтетической ДНК с участками длиной от 750 до 1000 пар нуклеотидов. Несмотря на то, что проект был международным и привлек ученых из Китая, Австралии, Сингапура, Великобритании и других стран, работа по созданию искусственной хромосомы заняла в общей сложности 7 лет.

В ходе этой работы, ученые удалили ряд повторяющихся участков из 47841 пар оснований ДНК, которые считаются ненужными при воспроизводстве хромосом и росте дрожжей. Кроме того была удалена так называемая мусорная ДНК, которая не производит каких-либо конкретных белков, а также «прыгающие» гены, способные вызвать неконтролируемые мутации. В то же время, ученые пометили участки ДНК, чтобы впоследствии можно было отличить искусственные части от природных. В результате всей этой работы удалось связать в искусственную хромосому 273871 пар оснований ДНК. Таким образом получилась более короткая искусственная хромосома (природная имеет длину 316667 пар нуклеотидов). Всего в ДНК были внесены более 50000 изменений.

Несмотря на масштабные изменения в генах, модифицированные дрожжи до сих пор живы и размножаются. Более того, синтетические хромосомы отличаются устойчивостью к внешним воздействиям, благодаря чему дрожжи стали более выносливыми.

Разгадка тайны жизни

Участники другого исследовательского проекта под названием FANTON смогли построить карту регуляторных ДНК в человеческом геноме. Данное сообщение стало сразу мировой сенсацией, такой же, как когда-то открытие генома человека. В то время казалось, что сейчас все ясно с генами, и специалисты могут по желанию легко ими манипулировать. Но эйфория прошла очень быстро: последовательность в геноме всех букв не давала объяснение, каким образом он функционирует.

Ученым в прошлом стало ясно, что клетки имеют один набор хромосом, один ДНК, в котором содержится информация. Однако при этом клетки наших органов совершенно разные, то есть одинаковые гены совершенно по-разному работают.

Создав карту ДНК, нынешние исследователи отмечают, что регулировка зависит непосредственно от клетки, а также внешних условий. Отыскать «командиров-регуляторов» являлось чрезвычайно сложной задачей. Однако теперь она решена. И это чрезвычайный прорыв.

Ученые уже давно осознали, что существуют определенные регуляторы, включающие, выключающие, переключающие, говоря иначе, - регулирующие активность генов в период всей жизни клетки. На сегодня, когда проблема нахождения «командиров-регуляторов» решена, можно сказать, что если всю ситуацию сравнивать с заводом, то можно сказать, что до этого мы изучали рабочих и их вид деятельности, а сегодня впервые нашли командиров производства, которые управляют аппаратом  генома.

В общей сложности обнаружено 220 вот таких «командиров». Стоит выделить тот факт, что работа в действительности была долгая и сложная, отмечает globalscience.ru. Около 250 исследователей из 20 стран, представляющих 114 научных центров, трудились непосредственно над этим проектом с 2000 года.

Теперь, имея такой козырь на руках можно углубляться далее в проблемы генной активности клеток всех, кто болен теми или иными заболеваниями. Это очередной один шаг к осознанию причин сбоя на молекулярном уровне человеческого организма. И значит, что прогресс в генной инженерии будет неизбежен!



Партнеры